輸變電線路鐵塔用高耐蝕熱浸鋅合金的研發(fā)及應(yīng)用

黃海 肖凱

摘要：輸變電鐵塔多建設(shè)在野外，由于其長期暴露在大氣之中， 經(jīng)受風(fēng)雨雪霜等各種天氣的綜合影響，腐蝕環(huán)境較為惡劣，大氣腐蝕占塔架總腐蝕損失的一半以上。鋼結(jié)構(gòu)的防腐有涂層法、陰極保護法、熱噴涂鋅、熱浸鍍鋅等幾種。熱浸鍍鋅工業(yè)化程度高、維護成本較低，因此在電力桿塔結(jié)構(gòu)上大量使用。

關(guān)鍵詞：輸電變 電塔 高耐蝕熱浸鋅

前言：

由于輸變電鐵塔一般應(yīng)用的都是角鋼，如果鍍鋅的效果沒有達(dá)到理想的程度，同時又受到了惡劣環(huán)境的影響，如果是鍍在沒有上鋅的那部分則會氧化并且出現(xiàn)鐵銹的現(xiàn)象，另一方面，如果是在惡劣的潮濕環(huán)境當(dāng)中，當(dāng)鐵銹又產(chǎn)生了電化學(xué)條件的反應(yīng)，則會把鐵銹給腐蝕掉。在實踐工作當(dāng)中，研究熱鍍鋅的工藝我們發(fā)現(xiàn)，一般鍍鋅層一般是由外到內(nèi)的，并且分為5層。在鍍鋅層的合金層當(dāng)中，主要的形成過程包括兩種：一種就是把鐵溶解在鋅中，而另一種則是形成的金屬化合物。而在鍍鋅的過程當(dāng)中其實就是一個形成金屬化合物的過程，也就是所謂的反應(yīng)過程。

1 輸變電線路鐵塔鐵塔熱浸鍍鋅定義及原理

將經(jīng)過處理前的鐵塔塔材浸入熔融的鋅液中，在其表面形成鋅和（或）鋅-鐵合金層的工藝過程和方法稱為熱浸鍍鋅。將表面活化的塔材浸入熔融鋅中，鋅與鋼接觸發(fā)生反應(yīng)，在鋼材表面生成鐵鋅金屬間化合物層。將塔材提出鋅浴時，在鐵—鋅化合物層外會粘附一層純鋅， 熱鍍鋅層是由鐵—鋅金屬間化合物層和純鋅層組成。

2輸變電鐵塔塔材鋅層質(zhì)量要求

隨著電力體制改革進一步深化，業(yè)主對鐵塔產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在不斷地提高，不僅對產(chǎn)品的適用性有要求，也對產(chǎn)品視覺的美觀性提出了要求。塔材鍍鋅層表面應(yīng)連續(xù)完整，并具有實用性光滑不出現(xiàn)比較明顯的灰暗層（即“色差”）。塔材厚度小于5 mm 時，鋅附著量必須不低于460 g/m2，即鋅層厚度必須不低于65 μm；塔材厚度不小于5 mm時，鋅附著量必須不低于610 g/m2，即鋅層厚度必須不低于86 μm。鋅層必須均勻，用硫酸銅溶液浸蝕4 次不露鐵，且鋅層必須與基本金屬結(jié)合牢固，用0.25 kg小錘經(jīng)錘擊試驗，鋅層不剝離，不凸起。

3鍍鋅層形成的基理

鋼制件與熔融的鋅液之間， 是經(jīng)過了相當(dāng)復(fù)雜的物理、化學(xué)作用之后， 才在鋼制件上形成一層鋅層。當(dāng)鋅呈液態(tài)時， 對于一般金屬無論其熔點高低，都能發(fā)生浸蝕和溶解作用。鋼制件表面鍍鋅的實際過程， 是按下列步驟進行的：固體鐵溶解；鐵和鋅結(jié)合成鐵-鋅合金化合物， 產(chǎn)生了鐵-鋅合金層；鐵-鋅合金層的外側(cè)聯(lián)結(jié)著純鋅層， 當(dāng)冷卻后純鋅層結(jié)晶， 在鋅層的內(nèi)側(cè)聯(lián)結(jié)著鋼基體。因此， 熱浸鍍鋅過程主要是由于擴散作用而形成鍍鋅層的過程。所謂擴散一般是指物質(zhì)微粒（分子、原子）由于熱運動而產(chǎn)生的遷移現(xiàn)象。

4對于熱鍍鋅的生產(chǎn)工藝流程

電力鐵塔熱浸鍍鋅工藝流程鐵塔塔材堿洗去油—水洗—酸洗去銹—水洗—溶劑活化助鍍—烘烤—熱浸鍍—水冷—鈍化—鍍鋅材成品。

5高耐蝕熱浸鋅合金的研發(fā)及應(yīng)用

我國目前尚處在工業(yè)化快速發(fā)展時期，工業(yè)化的發(fā)展必將需要大量的電力能源，為此需要大量輸變電設(shè)施。但作為輸變電設(shè)施的電力桿塔、螺栓螺母、電氣設(shè)備殼體支架等輸變電鋼構(gòu)件長期暴露在各種環(huán)境大氣中由于腐蝕生銹造成損毀，一直以來成為困擾電網(wǎng)公司的主要金屬材料問題，使得電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行存在大量隱患，同時造成大量資源和能源的浪費。

針對輸變電鋼構(gòu)件腐蝕問題，國內(nèi)的公司目前一般采取表面熱浸鍍鋅保護層。廣東地處亞熱帶熱帶濕熱區(qū)，濕度超過80%的時間在200天以上，屬于潮濕地區(qū)。海岸線長，海水和海洋大氣中的氯離子（Cl-）彌漫了廣大地區(qū)。這些事實說明，廣東輸變電鋼構(gòu)件所處環(huán)境比較苛刻。在苛刻的自然環(huán)境下，普通熱鍍鋅的耐蝕性有時仍然滿足不了實際應(yīng)用要求，這就需要研發(fā)出防腐性能更優(yōu)良的新型合金鍍層；

為此需要提高輸變電鋼構(gòu)件的耐蝕性，延長其使用壽命。因此進行新型鋅基合金熱鍍層材料和相適應(yīng)熱鍍技術(shù)研發(fā)，代替原使用的熱浸鍍鋅鍍層，進一步提高輸變電鋼構(gòu)架的耐蝕性，延長其免維護的使用壽命。

鋼鐵研究總院在國家科技部以及有關(guān)企業(yè)的資助下，初步進行了高耐蝕熱浸鋅合金的研究開發(fā)工作，取得了一定的進展。初步研發(fā)出的高耐蝕熱浸鋅合金的耐蝕性相當(dāng)于純鋅的2倍，尤其在海洋性氣候條件下耐蝕性更佳。下面對我單位初步開發(fā)的高耐蝕熱浸鋅合金的性能及應(yīng)用進行初步的介紹。

（1） 高耐蝕鋅合金熔液狀態(tài)及熱浸鍍試樣

在450℃鍍鋅溫度下，熔液表面平滑，干凈無渣，無嚴(yán)重氧化皮。采用溶劑法工藝，在實驗室進行熱浸鍍試驗，在鋼板及角鋼表面均能鍍覆上完整光滑、無缺陷的鋅鍍層。

（1）實驗室坩堝中高耐蝕鋅合金熔液狀態(tài)

（2）熱鍍鋼板表面高耐蝕鋅合金鍍層形貌

（3）熱鍍角鋼表面高耐蝕鋅合金鍍層形貌

（2） 高耐蝕鋅合金鍍層的微觀形貌

在高倍率電子顯微鏡下，高耐蝕合金鍍層結(jié)構(gòu)與普通純鋅鍍層差別不大。鍍層中存在δ、ζ等鐵鋅相。

（a）鍍層表面形貌 （b） 鍍層截面形貌

（3） 高耐蝕鋅合金鍍層與純鋅鍍層耐蝕性比較

下圖的中性鹽霧試驗表明高耐蝕鋅合金鍍層的耐蝕性比純鋅鍍層要好。

鹽霧時間 0小時 120小時 360小時 480小時

純鋅鍍層

高耐蝕鋅合金鍍層

中性鹽霧試驗下耐蝕性比較

更進一步的，通過干濕交替循環(huán)腐蝕試驗，也證明了高耐蝕鋅合金鍍層的耐蝕性優(yōu)于純鋅鍍層。

純鋅鍍層

高耐蝕鋅合金鍍層

循環(huán)腐蝕試驗下耐蝕性比較

采用腐蝕失重法，定量地分析了高耐蝕鋅合金鍍層與純鋅鍍層的耐蝕性。下表中的數(shù)據(jù)，顯示了高耐蝕鋅合金的耐蝕性為純鋅鍍層的2倍。

鍍層 純鋅 高耐蝕鋅合金鍍層

腐蝕速率g/m2·h 0.7325 0.3517

5.結(jié)語：

初步研發(fā)出的高耐蝕熱浸鋅合金的耐蝕性相當(dāng)于純鋅的2倍，尤其在海洋性氣候條件下耐蝕性更佳。高耐蝕熱浸鋅合金代替原使用的熱浸鍍鋅鍍層，能夠進一步提高輸變電鋼構(gòu)架的耐蝕性，延長其免維護的使用壽命。